下面文章主要針對(duì)目前市面上智能水杯和智能杯墊無法對(duì)水進(jìn)行恒溫的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)智能恒溫水杯底座。該底座以Atmega2560單片機(jī)為控制核心，配合紅外測(cè)溫模塊、無線加熱模塊、稱重模塊，網(wǎng)絡(luò)模塊等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水杯內(nèi)水溫的采集、控制和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，同時(shí)，底座還能夠監(jiān)測(cè)用戶的飲水量信息，通過統(tǒng)計(jì)和處理，反饋用戶飲水情況并提醒用戶飲水。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該底座運(yùn)行穩(wěn)定，解決了智能水杯恒溫問題，滿足用戶需求，值得推廣。

　　【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng),智能水杯,恒溫控制

　　目前市場(chǎng)上的一些水杯底座大多都是只具備了加熱的功能，沒有飲水量監(jiān)測(cè)和提醒的功能，而具有飲水量監(jiān)測(cè)和提醒功能的底座無法對(duì)水進(jìn)行加熱和恒溫。傳統(tǒng)加熱底座一般不具備溫度控制功能，而且加熱方式一般采用底部加熱方式，不僅浪費(fèi)很多熱量，而且熱傳導(dǎo)速度慢，不易用于溫度控制。

　　針對(duì)上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智能恒溫水杯底座，該底座使用單片機(jī)作為控制核心，既可以實(shí)現(xiàn)飲水量監(jiān)測(cè)，又可以對(duì)水杯內(nèi)的水進(jìn)行恒溫加熱。底座采用半導(dǎo)體加熱模塊加熱水杯，不僅加熱速度快，而且易于控制溫度。底座配有網(wǎng)絡(luò)模塊，用戶可以使用手機(jī)、電腦等終端遠(yuǎn)程訪問底座，獲取飲水量統(tǒng)計(jì)信息，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水溫情況或控制水杯底座。

　　1硬件設(shè)計(jì)

　　1.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)的水杯底座硬件系統(tǒng)主要由AVR主控芯片、無線通信模塊、時(shí)鐘芯片、LCD液晶顯示屏、薄膜應(yīng)變片稱重模塊、紅外線測(cè)溫模塊、半導(dǎo)體加熱模塊構(gòu)成。本系統(tǒng)的主控芯片使用的是ATmega2560，薄膜應(yīng)變片稱重模塊得到用戶水杯內(nèi)水的等額水差在主控芯片內(nèi)存儲(chǔ)，無線通信模塊使用的ESP8266，可以連接無線路由器，讓電腦或手機(jī)等終端可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問單片機(jī)的內(nèi)部數(shù)據(jù)，用戶可以獲取飲水信息并對(duì)杯墊進(jìn)行設(shè)置。紅外測(cè)溫模塊把水杯內(nèi)的水溫實(shí)時(shí)傳遞給主控芯片，通過半導(dǎo)體加熱模塊給水杯加熱以控制水溫。用戶水杯內(nèi)的水溫通過一塊小型OLED液晶屏顯示，底座內(nèi)置一塊時(shí)鐘芯片，在沒有網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候可以為系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間。

　　1.2主控芯片

　　本文設(shè)計(jì)的底座在主控芯片的選擇上，對(duì)比了51單片機(jī)、AVR單片機(jī)和ARM嵌入式單片機(jī)等的優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)，進(jìn)行了詳細(xì)的分析。相比與其他控制方案，ATmega2560具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，借助Arduino平臺(tái)的迅猛發(fā)展，AVR單片機(jī)的開發(fā)難度大大降低，本文設(shè)計(jì)的智能底座也考慮到了開發(fā)成本問題，能夠在短時(shí)間內(nèi)快速開發(fā)出實(shí)際產(chǎn)品，搶占市場(chǎng)先機(jī);其次，ATmega2560作為AVR系列的高性能產(chǎn)品，其穩(wěn)定性和性能在微型控制器中也是相當(dāng)不錯(cuò)的，也常常應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域，因此ATmega2560完全能夠勝任本設(shè)計(jì)的核心控制工作;最后，ATmega2560的價(jià)格適中，具有一定性價(jià)比。綜合上述原因，最終選擇了ATmega2560作為主控芯片。

　　1.3紅外測(cè)溫

　　為了方便、準(zhǔn)確、快捷地獲取水杯中的水溫，以便控制加熱裝置對(duì)水杯加熱，本設(shè)計(jì)使用了非接觸式紅外測(cè)溫模塊GY906，相比于其他測(cè)溫模塊，它具有很多優(yōu)點(diǎn)。相比與常見的溫度模塊，如LM35、DS18B20、DHT11等，GY-906紅外測(cè)溫模塊不需要直接接觸發(fā)熱模塊，這樣就沒有熱傳導(dǎo)損失的問題，使溫度數(shù)據(jù)的獲取更加準(zhǔn)確;其次，由于沒有接觸熱源，傳感器不會(huì)受溫度影響，溫度測(cè)量的上限和耐溫程度沒有限制，大大提高了底座的適用范圍;再次，GY-906模塊的大小非常小，能夠很好地安裝在底座下，大大提高了水杯底座的便利性和安全性;最后，GY-906反應(yīng)靈敏且精準(zhǔn)度高，成本適中，性價(jià)比極高。綜上所述，選用GY-906模塊作為溫度測(cè)量模塊。

　　1.4網(wǎng)絡(luò)模塊

　　底座內(nèi)置ESP8266WIFI模塊，該模塊可以讓底座連接無線路由器，從而連接互聯(lián)網(wǎng)。底座連接網(wǎng)絡(luò)后，用戶可以使用電腦、手機(jī)等設(shè)備通過瀏覽器訪問底座內(nèi)部數(shù)據(jù)，底座會(huì)將飲水?dāng)?shù)據(jù)以圖表的形式顯示在網(wǎng)頁中，并提供統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和健康建議等信息，用戶也可以通過網(wǎng)絡(luò)控制和設(shè)置底座的各項(xiàng)功能。只要底座連接了互聯(lián)網(wǎng)，用戶在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間都可以遠(yuǎn)程訪問底座，由于底座內(nèi)置了網(wǎng)頁服務(wù)器，因此，用戶不需要安裝任何軟件或手機(jī)APP，只需要通過瀏覽器就可以查看和管理底座。

　　2軟件功能設(shè)計(jì)

　　2.1軟件系統(tǒng)框圖

　　2.2軟件系統(tǒng)功能

　　水杯底座是全自動(dòng)工作的，它會(huì)根據(jù)目前室內(nèi)的溫度來選擇人體最適合的飲水溫度，然后根據(jù)紅外傳感器來判斷底座上是否有水杯，并根據(jù)重力傳感器反饋的數(shù)據(jù)來判斷水杯中是否有一定量的水，若水杯中的水達(dá)到可以加熱的量，則會(huì)自動(dòng)進(jìn)行加熱程序。

　　主控芯片通過紅外模塊獲取的溫度進(jìn)行判斷，從而控制半導(dǎo)體加熱模塊加熱水杯，同時(shí)根據(jù)加熱情況實(shí)時(shí)修正加熱強(qiáng)度。加熱裝置通過PWM方式控制半導(dǎo)體加熱模塊的得電時(shí)間，從而控制水杯的加熱強(qiáng)度。用戶每次拿起并放下水杯，系統(tǒng)將通過判斷水杯減少的重量，得到用戶的飲水體積，并將飲水?dāng)?shù)據(jù)儲(chǔ)存到單片機(jī)內(nèi)。若用戶長(zhǎng)時(shí)間沒有喝水，或沒有將水杯放回底座，或水杯水量較少時(shí)，底座都會(huì)通過蜂鳴器通知用戶。最后在LCD液晶顯示屏上顯示出當(dāng)前的溫度、時(shí)間、飲水量等數(shù)據(jù)，通過無線通信模塊將用戶實(shí)時(shí)的健康數(shù)據(jù)上傳，使用戶可以通過移動(dòng)設(shè)備查看。

　　3結(jié)語

　　本文設(shè)計(jì)貼近人們生活，可解決人們?nèi)粘Ｃβ刀�飲水不足、飲水不健康的情況。本文設(shè)計(jì)與市場(chǎng)上普遍銷售的水杯底座相比優(yōu)勢(shì)明顯：①智能恒溫水杯底座支持市面上大部分的水杯②智能恒溫水杯底座具有飲水量測(cè)量功能，可智能的得出用戶飲水是否健康③用戶可以通過外部移動(dòng)設(shè)備訪問水杯底座④使用非接觸式的溫度測(cè)量模塊。

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